机械手时间最优脉动连续轨迹规划算法

为使机械手的作业效率达到最优,同时确保运动的平稳性,提出一种新的最优轨迹规划方法。通过逆运动学运算得到与任务空间轨迹对应的关节空间位置序列,采用7次B样条曲线插值方法构造启动和停止运动参数可控,且速度、加速度和脉动均连续的关节轨迹。将机械手运动学约束转化为B样条曲线的控制顶点约束,采用序列二次规划方法求解最优运动时间节点,进而规划出满足非线性运动学约束的时间最优脉动连续轨迹。仿真和试验结果表明,提出的轨迹规划方法为关节控制器提供理想的轨迹,使机械手在最短的时间平稳地跟踪任务空间的任意指定轨迹。     

曲率可控双轮自平衡机器人路径规划

为了提高双轮自平衡机器人运动的侧向稳定性,提出了一种适用于狭小空间内避障的,以最大曲率为约束条件的路径规划方法。首先,建立双轮自平衡机器人运动学模型,然后分析其在临界倾斜情况下曲率与速度的关系,确定出双轮自平衡机器人运动轨迹的最大曲率值。利用A~*路径搜索算法生成无碰撞的线段性轨迹,并以考虑最大曲率约束的三次B样条曲线优化运动轨迹。通过案例验证,优化后的运动轨迹曲线满足最大曲率约束,可以使双轮自平衡机器人在无倾斜的情况下,以一较快的速度匀速沿既定轨迹曲线运动且无碰撞。证实了该方法对提高双轮自平衡机器人运动的侧向稳定性具有良好的效果。     

基于遗传算法的6-DOF机器人最优时间轨迹规划

针对机器人在特定工作坏境下工作效率低的情况,提出一种以时间为最优的轨迹规划方法。采用七次B样条曲线完成机器人各关节位置-时间序列的插值,并将运动学约束转化为B样条曲线控制顶点的约束,以机器人关节轨迹运行时间最优为优化指标,采用遗传算法对轨迹曲线执行时间最短寻优,规划出满足运动学约束及力矩平滑的时间最优轨迹。实验结果表明,该规划算法能够明显减小加加速度的累积效应,提高机器人执行轨迹的最优时间。     

基于凸优化的举高消防车时间最优轨迹规划

为提高举高消防车作业的及时性、可靠性与安全性,提出一种考虑动作平稳、无冲击的时间最优轨迹规划算法。引入伪位移参量s表示路径,利用B样条曲线对举高消防车臂架系统各个关节运动离散点进行拟合,构造连续运动几何路径。结合连续路径,以s及其对于时间的各阶导数表示时间最优目标函数与各个关节速度、加速度约束,建立时间最优轨迹规划的凸优化模型。利用B样条曲线以有限维矢量x表示轨迹,采用内点法对凸优化模型进行求解,在保证速度、加速度、加加速度连续的条件下求得最优解,进而得到各个关节的运动轨迹。利用提出的方法对大高度举高消防车进行轨迹规划,经仿真表明,在满足动作平稳性的同时得到时间最优运动轨迹。     

工业机器人时间-能量-脉动最优轨迹规划

针对工业机器人时间最优、能耗最优、脉动最优等多目标的轨迹优化问题,基于非均匀有理B样条(NURBS)曲线矩阵表示法,提出一种最优轨迹规划方法。建立五次NURBS曲线数学模型,构造端点运动参数均可指定的高阶连续的关节运动轨迹,确保机器人的运动性能;在考虑机器人运动学约束的条件下,采用多目标粒子群优化算法(MOPSO)以工业机器人运行时间、能量消耗和轨迹脉动为目标对其运动轨迹进行优化,获得Pareto最优解集。对六自由度STANFORD机器人的仿真结果表明,提出的轨迹规划方法可以很好地构造平滑轨迹,MOPSO算法能够实现满足约束条件的运动轨迹多目标优化,得到理想的Pareto分布。最后,为方便期望解的选择,构造归一化权重目标函数,获得高阶连续的优化轨迹。     

工业机器人时间-能量-脉动最优轨迹规划

针对工业机器人时间最优、能耗最优、脉动最优等多目标的轨迹优化问题,基于非均匀有理B样条(NURBS)曲线矩阵表示法,提出一种最优轨迹规划方法。建立五次NURBS曲线数学模型,构造端点运动参数均可指定的高阶连续的关节运动轨迹,确保机器人的运动性能;在考虑机器人运动学约束的条件下,采用多目标粒子群优化算法(MOPSO)以工业机器人运行时间、能量消耗和轨迹脉动为目标对其运动轨迹进行优化,获得Pareto最优解集。对六自由度STANFORD机器人的仿真结果表明,提出的轨迹规划方法可以很好地构造平滑轨迹,MOPSO算法能够实现满足约束条件的运动轨迹多目标优化,得到理想的Pareto分布。最后,为方便期望解的选择,构造归一化权重目标函数,获得高阶连续的优化轨迹。     

基于时间最优的机械臂关节空间轨迹规划算法

为了提高机械臂的作业效率和运动平稳性,提出了一种新的基于时间最优的轨迹规划算法。通过逆运动学求出与任务轨迹对应的关节位置序列,利用三次样条插值进行轨迹规划,从而使关节角速度、角加速度曲线光滑连续。通过自适应遗传算法对运动轨迹进行时间最短优化,并利用罚函数解决运动学约束问题。仿真结果表明该轨迹规划算法有效、可行,能够很好得减少机械臂完成工作任务所需的运动时间。     

基于改进遗传算法的时间最优轨迹规划

提出一种工业机器人时间最优轨迹规划方法.将机器人关节空间的轨迹视为拟合关键点的三次样条曲线,以最优时间为目标建立最优时间轨迹规划的数学模型,同时考虑关节轨迹速度、加速度和加加速度的约束,结合目标函数值和约束条件提出一种用于进化算法的排序方法,以改进遗传算法为例优化关节空间的三次样条轨迹.应用谢菲尔德(Sheffield...     

关节空间样条的连续点位运动规划算法

为了提高工业机器人的运动平稳性和快速性,保证机器人在走曲线时能够准确到达各示教点并且实现平滑过渡,提出一种基于关节空间样条的连续点位运动规划算法。以关节空间的单个轴为例,从一般三阶S曲线轨迹出发,为了保证规划得到的加速度不跳变以及样条曲线能够保形,在两个相邻示教点之间插入n个中间点,将一段轨迹分为n+1段,根据该关节起点和终点的位置、速度和加速度以及插入点位置、速度、加速度连续的边界条件,可以得到新的规划轨迹。最后通过实验比较验证,该规划算法能够快速实现过程点的准确到达并且加速度没有跳变、曲线能够保形,具有实际推广价值。     

基于混合插值的工业机器人关节轨迹规划算法

B样条曲线由于其多阶导数连续和局部支撑性的特点,被广泛用于工业机器人关节空间的轨迹规划。标准B样条在起止点位置存在导数值的突变,致使工业机器人在启动和停止时产生振动。提出一种采用高次多项式与B样条混合插值优化的方法,使机器人关节运动学参数连续无突变,在不增加机器人控制系统运行负担的情况下,能够使机器人运行更加平稳,改善了机器人的运行状态。     

智能车运动轨迹规划中的关键技术研究现状

智能车行驶过程中的运动轨迹规划方法是智能车辆技术研究的重要组成部分。给出了运动轨迹规划方法研究的主要内容,讨论了该方法涉及的关键技术:轨迹曲率连续技术,轨迹动态规划技术和轨迹优化技术,并分析了各种技术的优点和不足之处。最后,在总结全文的基础上对运动轨迹规划方法今后的发展方向做出了展望。     

障碍环境下移动操作机零件移动规划方法研究

将移动操作机应用于装配领域，研究了运动冗余且受非完整约柬的移动操作机系统在障碍环境下完成零件移动任务的运动规划问题。将整个任务划分成移动、夹取和转移3个子任务。将随机道路图法应用于移动操作机的协同避障规划，首先求出了移动平台的一条满足非完整约束的简单路径；然后以此路径作为操作臂位置约束，在操作臂的位形空间内随机采样构造了道路图；最后通过图的搜索获得一条移动操作机的无碰路径。以平面移动操作机为例，通过计算机仿真实现了2维工作空间的零件移动操作，表明了该方法的有效性。     

非完整移动机器人的路径光滑化研究

针对非完整移动机器人的路径光滑问题进行了研究.在传统的路径规划研究中,仅仅考虑某一或某些性能指标,如路径最短、运行时间最少等等,这样规划出的路径存在曲率不连续现象,不能直接用于移动机器人的路径跟踪.文中利用立方螺线作为过渡曲线,对原有路径进行修正,且修正过程中考虑机器人的最小转弯半径约束以及移动机器人的非完整约束,建立的过渡曲线不仅能够保证过渡点处的曲率连续,而且能较好地逼近原有路径.文章最后针对不同初始情况进行了计算,仿真结果表明了该方法的有效性.     

基于道路势场的车道偏离自动校正自适应控制

针对车道偏离自动校正控制中采用传统位置偏差控制方法路径跟踪精度不高以及实时性差等问题,提出了一种基于道路人工势场法的车辆路径跟踪方法,控制车辆能够实时保持沿着目标道路中心线行驶。该方法在车辆所处的环境道路上产生一个势场,该势场包含车辆与道路中心线的偏差信息及前方预瞄信息,对处在势场中的车辆具有阻碍其偏离车道中心线的势场力的作用。将势场产生的控制力加入车辆动力学模型中,实时控制车辆稳定地跟踪车道中心线。仿真及试验结果表明,所提方法比位置偏差法跟踪精度更高且跟踪误差随车辆速度变化波动范围小,具有较强的鲁棒性和实时性。     

变电站轮式巡检机器人机械臂避障路径规划方法

变电站工作环境特殊且复杂,为保证巡检机器人在执行巡检任务的同时,能更好、更安全地进行作业,提出面向轮式巡检机器人的机械臂避障路径规划方法。利用八叉树结构建模技术,架构巡检机器人工作环境的三维模型与环境更新模型。确定机械臂与环境关系,建立机械臂运动学模型,根据末端执行器位姿的已知与未知情况,完成运动学模型的正解与反解计算。基于关节位姿的三维坐标,设定机械臂连杆不碰撞障碍物为必要条件,依据六次多项函数式解得的关节角速度与角加速度连续轨迹,通过更改非固定参数值,调整机械臂的移动轨迹,最后,利用贝塞尔曲线平滑处理路径。仿真试验结果表明,所提方法路径精度更优越,避障效果更理想,符合变电站巡检的实时性需求。     

Evolutionary collision-free optimal trajectory planning for intelligent robots

This paper presents optimization procedures based on evolutionary algorithms such as the elitist non-dominated sorting genetic algorithm (NSGA-II) and differential evolution (DE) for solving the trajectory planning problem of intelligent robot manipulators with the prevalence of fixed, moving, and oscillating obstacles. The aim is the minimization of a combined objective function, with the constraints being actuator constraints, joint limits, and the obstacle avoidance constraint by considering dynamic equations of motion. Trajectories are defined by B-spline functions. This is a non-linear constrained optimization problem with six objective functions, 31 constraints, and 42 variables. The combined objective function is a weighted balance of transfer time, the mean average of actuator efforts and power, penalty for collision-free motion, singularity avoidance, joint jerks, and joint accelerations. The obstacles are present in the workspace of the robot. The distance between potentially colliding parts is expressed as obstacle avoidance. Further, the motion is represented using translational and rotational matrices. The proposed optimization techniques are explained by applying them to an industrial robot (PUMA 560 robot). Also, the results obtained from NSGA-II and DE are compared and analyzed. This is the first research work which considers all the decision criteria for the trajectory planning of industrial robots with obstacle avoidance. A comprehensive user-friendly general-purpose software package has been developed using VC++ to obtain the optimal solutions using the proposed DE algorithm.     

基于快速终端滑模的机器人轨迹跟踪避障方法

针对非完整轮式机器人有限时间精准轨迹跟踪避障问题,设计了一种基于全局快速终端滑模方法,兼具无抖振、收敛时间可调等优点的轨迹跟踪控制器。首先,在载体坐标系下建立轮式机器人运动学模型;其次,构造包含终端吸引子和指数收敛项的全局快速终端滑模轨迹跟踪控制器,通过Lyapunov稳定性理论证明了所设计的控制器能确保轨迹与航向角跟踪误差均能在有限时间内收敛于较小的零域范围内;最后,引入人工势场避障方法,实现了机器人严格跟踪参考轨迹的同时绕开障碍物。实验结果表明,该方法能实现在避障的同时对于给定参考轨迹的有限时间稳定跟踪控制。     

一种泊车系统超声波障碍物检测方法

超声波障碍物检测是智能泊车系统的基础模块,为了精确计算障碍物距离,采用两点定位法,即利用同一个超声波探头不同时刻的2个点,分别测量得到障碍物距离发波点的距离信息,通过三角函数计算出车辆周围的障碍物坐标及距离车辆最近的障碍物距离。并采用多个传感器的计算数据进行校对,从而可以计算出更加精确的、可靠的障碍物距离,形成了完整的、精确的超声传感器障碍物检测方法,为轨迹规划模块、车位搜寻模块及车辆控制模块提供了决策的依据。     

基于改进人工势场法的电力巡检机器人自动避障轨迹规划

为了使巡检机器人在电力系统中避开障碍物,顺利完成电力巡检工作,提出基于改进人工势场法的电力巡检机器人自动避障轨迹规划方法。构建了电力巡检机器人的被控对象模型,分析电力巡检机器人的避障运动学,根据分析结果采用栅格法获取环境参数,实现环境建模,获取电力巡检机器人工作环境信息;引入改进人工势场法,叠加斥力势场和引力势场获得合力势场,判断环境中的障碍物并规划避障路线,完成电力巡检机器人自动避障轨迹的规划。实验结果表明,所提方法的避障准确率高、规划效果好、规划效率高。